【关键词】二氧化碳制冷系统制冷剂应用
中图分类号：TQ116.3文献标识码：A文章编号：
一．引言
目前，随着时代的进步与环境因素的增加，二氧化碳是一种污染性较少的制冷剂，属于自然制冷。可是任然存在着一些问题，于是对船用二氧化碳制冷展开一系列的讨论。
二．船用制冷系统的基本形式
船用制冷系统大部分是采用以氟利昂工质为制冷剂的蒸汽压缩式制冷方式.其蒸发温度取决于制冷的目的和环境要求,货舱内维持的温度和相对湿度如表1所示.而船用制冷机的冷却器可采用舷外水作为冷却剂,与空气冷却相比,其换热系数更高、体积重量更小.对于不同的海域,海水的夏季计算温度不同.一般情况下对于我国海域,东海与南海夏季计算温度为25e,渤海与黄海的夏季计算温度为20e.
三.二氧化碳制冷系统模型
1.节流阀模型:计算时考虑采用手动减压阀连续调节高压侧压力,阀的开度可调节到使高压侧压力达到给定值,这时节流装置流量与压缩机流量相同,因此可以简单地将节流过程看作一个等焓过程,不再建立模型。
2.系统算法与程序流程图系统中有储液器(兼作气液分离器),假定储液器绝热,储液器出口制冷剂是饱和蒸汽,可认为在稳态运行时蒸发器出口制冷剂也为饱和蒸汽,故模型中不考虑储液器。计算时以蒸发器出口制冷剂饱和作为已知条件。通常情况下,蒸发器过热区换热量很小,过热带来的误差可忽略不计。经分析计算,气体冷却器、蒸发器和回热器中压力损失与系统的运行压力相比很小,计算时认为这些压降变化对换热和系统性能影响很小。
四．二氧化碳临界区域的界定
一般认为,由于较低的临界温度(31.1e),二氧化碳的理论制冷循环可分为以下3种.1)亚临界循环.如图1所示,工质循环完全在低于临界压力和临界温度下进行,换热过程主要靠潜热来完成.20世纪初期多采用亚临界循环.
2)临界循环.如图2中的1-2-3-4-1和1.-2.-3.-4.-1.过程所示,蒸发过程在低于临界状态下利用潜热进行,而工质的冷却过程在高于临界状态下依靠显热进行,故这里换热器不再称为冷凝器,而称为冷却器.
3)超临界循环.如图2中的10-20-30-40-10过程所示,整个循环过程位于临界点以上,没有相变,实际为气体循环.仅在原子能发电时采用,车船制冷则不使用。
由于CO2临界温度很低,当冷却水温度较高(接近30e)时,制冷能力急剧下降,功耗增大,经济性受到严重影响.故虽然各海域温度情况不同,都应采用跨临界循环.但跨临界循环的区域没有给出具体的界定,这为冷却系统的工作范围带来模糊性。
通常人们把物质的换热分为4个换热区:气体区、液体区、两相区和临界区.临界区很难确切地分界,原因是不同流体的现有物性参数仍嫌不足,且近临界区的物性影响将扩大到相邻各区,并取决于到达给定状态的过程.尽管如此,按热力学状态区分传热特性还是很可取的,基本趋向于将临界区取作:压力0.8
五．二氧化碳制冷性能
1.实践装置与原理：实验装置主要由设备舱、人员舱、开放式制冷系统及数据采集系统组成。设备舱用于存放高压二氧化碳储罐,在设备舱内设有加热器,控制舱内温度维持在某一恒定温度,以模拟二氧化碳的各种存储工况。人员舱安装一定数量的灯泡,用来模拟人员热负荷及舱体结构热负荷。开放式制冷系统用来对高压二氧化碳进行制冷特性研究,数据采集系统主要用来记录和收集实验结果。
2.制冷原理二氧化碳制冷系统可分为闭式系统和开式系统两大类。闭式系统是指二氧化碳依次流经压缩机、冷凝器、节流机构及蒸发器这4大部件,再回到压缩机的循环系统;开式系统直接通过节流机构将二氧化碳节流成中压低温的液体,再进入蒸发器蒸发制冷,最终排放于环境的制冷系统。开式系统主要应用在无电力供应的制冷环境中。
3.制冷系统：制冷系统由高压二氧化碳储罐、减压阀、蒸发盘管、温度压力传感器及管道阀门配件组成。为了增强节流效果,减少节流前的闪发,在节流阀前增加预冷器。蒸发盘管通过辐射换热及对流换热的方式与舱内空气进行热量交换,为了充分利用二氧化碳的冷量同时减少流阻,在一级蒸发盘管之后并联两个等面积的二级蒸发盘管。高压储罐的净体积为40L,标准充装质量为18kg,6个罐体并联。系统布置及温度压力测点的位置如图1所示。温度传感器采用pt100,通过ADAM4015采集。压力变送器根据布置的位置不同,量程分别为5×105～100×105Pa不等,压力信号通过ADAM4017采集。
六.二氧化碳制冷在CO2液化系统中的应用
二氧化碳低温液化系统简介：CO2作为产品广泛应用于化工生产、食品保鲜、饮料等行业中。在工业生产的一些环节(如发酵过程)产生的副产CO2一般都采用低温液化方法加以回收储存。低温液化的冷源过去一般都采用R22或R502制冷系统。液化系统流程如图8所示。
图中,来自生产过程的CO2气体(约0.13MPa)经过洗涤、过滤后压缩到1.6MPa左右,经过干燥处理后冷凝放热成为液体储存起来。液体二氧化碳温度在-20℃～-25℃之间。CO2凝结过程放出的热量在冷凝蒸发器中被R502制冷系统吸收。因此,R502制冷系统的蒸发温度通常要维持在-25℃以下。由此可见,R502制冷系统成为CO2液化储存的关键设备。随着R502的淘汰,用安全无害的工质替代R502就显得非常重要。在CO2液化系统应用场合,由于CO2本身作为产品.来源非常广泛。若将CO2作为制冷工质为其本身液化工作,在操作维护、工质充注等方面都具有优势。为此,构成新的液化系统如图9所示。来自发酵过程的气体二氧化碳经洗涤干燥器1后由压缩机2升高压力,然后在冷凝蒸发器中与低温的制冷工质混合,进而降温液化。图9中,作为制冷工质的CO2经过节流后,与气态CO2直接混合,可以减小传热温差,提高能量利用率。
2.二氧化碳低温液化系统应用：CO2制冷的性能分析由于CO2临界温度较低,冷却介质无法一直保持CO2冷凝温度在临界点以下。为此,考虑了两种应用方案,分别考虑了亚临界循环和跨临界循环的特点。第一种方案采用单级亚临界制冷循环,适用于冷却介质温度较低的场合。第二种方案采用单级跨临界制冷循环,但将其过冷到临界温度以下再节流膨胀。这两种情况下的液化功耗与采用R502时的液化功耗比较如图10所示。由该图可见,当蒸发温度为-11℃时,液化的功耗基本相等。因此,在功耗相同的情况下,用CO2制冷完全取代了R502制冷系统。由于制冷系统与液化产品都采用了单一工质CO2,而且由于CO2压缩机的尺寸紧凑,CO2无油压缩技术也非常成熟,因此在应用上、运行上、操作维护上都很方便。特别是在本应用实例中,所选蒸发温度比较适合于发挥CO2制冷的优势。
七.结束语
总之，本文根据船用二氧化碳制冷系统的基本形式和一系列的讨论，从中确定了二氧化碳制冷在二氧化碳液化系统中的应用。进一步加深了解船用二氧化碳制冷装置及制冷剂，对其探究很有必要的。
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关键词：呼吸代谢；碳的氧化数；途径；ATP生成
中图分类号：Q252
文献标识码：A文章编号：16749944（2016）12025203
1引言
在长期的进化过程中，植物、微生物存在多条呼吸代谢途径以应对环境条件的改变。呼吸代谢是一个复杂的物质代谢网络，并伴随着能量的生成。以往的文献、教材大多从呼吸代谢的每一步反应入手，强调酶促化学反应的过程及物质代谢的组成变化。笔者从碳氧化数的角度，撇开复杂的反应式及中间代谢物的结构，删繁就简，抓住本质来分析各种呼吸代谢途径，并分析它存在的意义。对传统经典方法进行了补充，有利于更好地理解呼吸代谢机制。
2碳的氧化数概念及“功效”
氧化态（oxidationstate）表示一个化合物中某个原子的氧化程度。形式氧化态是通过假设所有异核化学键都为100%离子键而算出来的。因此碳的氧化态就是在有机分子中通过计算得到的碳的氧化程度值。由于呼吸代谢的物质组成都是碳、氢、氧等元素。根据国际理论与应用化学联合会（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry，IUPAC）的规定：化合物分子中氢的氧化态为+1价，氧的为-2价，且中性分子中各原子的氧化态代数和为零。在一个可能的酶促化学反应中，只有碳的氧化态发生了改变。因此碳的氧化态变化可以反映呼吸代谢的本质。即有碳的氧化数变化，必将有电子的转移得失，反应为氧化还原反应；没有碳的氧化数改变，将不涉及氧化还原反应，只存在碳原子结构和数目的重排。加上呼吸代谢中的氧化还原反应的电子受体一般为NAD和NADP，因此从碳的氧化数变化可以确定生成NADH和NADPH的多少。现假设碳水化合物的普通分子式为CiHjOk，根据中性分子氧化数为0的条件，并设Ci为第i个碳原子的氧化数，我们得到：
∑ii=1Ci+∑jj=1Hi+∑kk=1Oi=0（1）
代入H、O的氧化数可以得出碳元素总的氧化数：
∑ii=1Ci=2ki-j（2）
只需要知道物质的分子式，根据公式（2）就能求出该物质的碳的氧化。以下通过氧化数具体分析呼吸代谢的各种途径。
3糖酵解（EMP）和三羧酸循环（TCA）途径
糖酵解是葡萄糖的无氧呼吸过程，1分子葡萄糖通过10步反应最后生成2分子丙酮酸。从图1a可以看到，碳的氧化数只在3-磷酸-甘油醛（3-GAP）生成1，3-二磷酸甘油酸（1，3-DPGA）的时候发生变化，从0价上升到+2价，因此必有2个电子转移生成1分子NADH。考虑到磷酸二羟丙酮（DHAP）3-磷酸-甘油醛可以互相转化，最终1分子葡萄糖生成2分子丙酮酸有2个NADH生成，碳总的氧化数从0价升高为丙酮酸的+4价。
三羧酸循环是丙酮酸在线粒体中彻底的有氧氧化过程，最终产物是CO2和H2O。从图1b可以看到，有3个反应存在有C个数的变化，分别是丙酮酸（pyruvate）到乙酰辅酶A（Acetyl-CoA），草酰琥珀酸到a-酮戊二酸，a-酮戊二酸到琥珀酰CoA，这3个反应都有1分子CO2的生成。同时根据反应前后碳总氧化数变化可推断每个脱羧反应都有一次氧化脱氢，生成1分子NADH，共有3分子NADH生成。除了3个有CO2生成的反应外，还有两个反应前后有碳的氧化数变化，即琥珀酸（succinicacid）到延胡索酸（fumaricacid），苹果酸（malicacid）到草酰乙酸（oxaloaceticacid）的反应过程。碳的氧化数都升高了+2价，因此转移4个电子生成1分子的NADH和1分子FADH2。因此可以得出结论：1分子丙酮酸在线粒体中由氧氧化将有4分子NADH和1分子FADH2的能量生成。同时碳的氧化数也从丙酮酸的+4价（2分子丙酮酸）升高到CO2的+24价（共6分子CO2），共计20个电子的转移，生成8分子NADH和2分子FADH2。算上糖酵解途径的2分子NADH，葡萄糖彻底有氧氧化将有10分子NADH和2分子FADH2的能量物质生成。
糖酵解普遍存在于生物体中，是有氧呼吸和无氧呼吸途径的共同部分。通过糖酵解，生物体可获得葡萄糖中的部分能量。特别是对厌氧生物来说，糖酵解是糖分解和获取能量的主要方式。而TCA循环是生物体利用糖或其它物质彻底氧化获得能量的最主要途径。它通过把碳水化合物中碳的氧化数提升到CO2的+4价，从而获得化合物中所储存最大部分的能量。同时该途径是糖类、脂肪和蛋白质彻底氧化分解的共同中间过程，起到物质代谢网络的中枢作用。
4己糖单磷酸（HMP）途径
HMP途径也成为戊糖磷酸途径，简称PPP途径。从图2可以看出，PPP代谢途径的中间产物大多数为糖类化合物，碳的氧化数不发生改变，始终为0（包括3-磷酸甘油醛GAP）。但有两个地方除外，图中红色标记部分显示：6-磷酸葡萄糖（6-P-G）生成6-磷酸葡萄糖酸（6-P-GA）时碳的氧化数升高+2价，有1分子的NADPH生成；6-磷酸葡萄糖酸生成5-磷酸核酮糖，碳数目减少一个，推断有脱羧CO2生成，氧化数从+2价变成+4价，因此也应该有两个电子发生转移，生成另外1个NADPH。其余部位发生的反应，由于碳的氧化数不发生改变，只是碳元素的数目发生改变，属于碳骨架的重排。因此，图2中每3分子葡萄糖分子发生
戊糖磷酸代谢循环，有6分子NADPH生成，同时通过碳骨架的重排，得到2分子葡萄糖和1分子3-磷酸甘油醛。则二次这样的循环，需要6分子葡萄糖参与，同时得到5分子葡萄糖（其中两分子3-磷酸甘油醛合成一分子葡萄糖），12分子NADPH，并有6分子的CO2释放。
戊糖磷酸途径是葡萄糖直接氧化分解的生化过程，特别是在植物感病、受伤、干旱时，该途径可占全部呼吸的50%以上，由于该途径和EMP-TCA途径的酶系统不同，因此当EMP-TCA途径受阻时，PPP途径则可替代正常的有氧呼吸，为植物适应环境提供另外一种呼吸代谢选择。该途径中生成的NADPH在脂肪酸、固醇等的生物合成、非光合细胞的硝酸盐、亚硝酸盐的还原以及氨的同化、丙酮酸羧化还原成苹果酸等过程中起重要作用。同时.该途径中的一些中间产物是许多重要有机物质生物合成的原料，如5-磷酸核酮糖和5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料。4-磷酸赤藓糖和EMP中的PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，还可合成与植物生长、抗病性有关的生长素、木质素、绿原酸、咖啡酸等。
ED途径是Entner和doudoroff在研究嗜糖假单胞菌的代谢时发现的，所以简称为ED途径，又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）途径。这是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有。特点是葡萄糖只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步反应才能够形成的丙酮酸。从图3可以看出葡萄糖到2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸的过程只有一次碳的氧化数改变，生成1分子NADH。KDPG裂解成3-磷酸甘油醛和丙酮酸，没有碳的氧化数变化，没有NADH生成。3-磷酸甘油醛可以通过EMP途径生成丙酮酸，中间有1分子NADH生成。该途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需要。丙酮酸在有氧条件下可以进行TCA循环，无氧条件可以进行酒精发酵。在极端嗜热古菌和极端嗜盐古菌中，葡萄糖的分解还可以靠修饰的ED途径而进行，其初期的中间产物不经过磷酸化。
6乙醛酸途径
植物细胞内脂肪酸氧化分解为乙酰CoA之后，在乙醛酸体（glyoxysome）内生成琥珀酸、乙醛酸和苹果酸；此琥珀酸可用于糖的合成，该过程称为乙醛酸循环（glyoxylicacidcycle，GAC）。从图4可以看到，2分子的乙酰CoA参与了循环，最后净生成了1分子草酰乙酸OAA。乙酰CoA碳的氧化数为0价，而草酰乙酸碳的氧化数为+6价，即在3个部位发生了电子转移生成2分子NADH和1分子FADH2（红线所示）。图4中琥珀酸由乙醛酸体转移到线粒体，在其中通过三羧酸循环的部分反应转变为延胡索酸、苹果酸，再生成草酰乙酸。然后，草酰乙酸继续进入TCA循环或者转移到细胞质，在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPcarboxykinase）催化下脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），PEP再通过糖酵解的逆转而转变为葡萄-6-磷酸并形成蔗糖。因此，油料种子在发芽过程中，细胞中出现许多乙醛酸体，贮藏脂肪首先水解为甘油和脂肪酸，然后脂肪酸在乙醛酸体内氧化分解为乙酰CoA，并通过乙醛酸循环转化为糖，直到种子中贮藏的脂肪耗尽为止，满足种子萌发初期的能量需要。而淀粉种子萌发时不发生乙醛酸循环。可见，乙醛酸循环是富含脂肪的油料种子所特有的一种呼吸代谢途径。
7结语
细胞呼吸代谢涉及到很多代谢通路，每一条代谢通路都涉及到物质变化和能量生成。其中，物质变化主要体现碳骨架的变化，包含数目变化和结构变化；能量生成主要体现在总碳氧化数的改变。对复杂的各条细胞呼吸代谢途径不是采用传统逐步化学反应式的解析方法来处理分析，而是从中找到碳的氧化数改变的本质，综合分析了各条呼吸代谢过程，并简要阐述了其意义。希望能对理解和掌握呼吸代谢过程有所启发。
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Abstract：
［关键词］低碳经济气候变化低碳农业
2009年12月7日至18日在哥本哈根召开的联合国气候大会上，虽然最终只让各国达成了一项不具法律约束力的协议（《联合国气候变化框架公约》），但在我国却拉开了全民减排，倡导低碳生活的大幕。从2010年元月开始，各种形式的关于节能减排、低碳生活的宣传此起彼伏，各行各业都开展了一定规模的学习和动员活动。每个行业都就自己行业的特点与发展现状提出了新的发展思路和设想。党的十七大也做出了发展低碳经济的重大战略决策，提出发展低碳经济将成为我国建设生态文明的重要突破口。
我国是一个农业大国――8亿多农民约占全国总人口的55%，同时我国又是一个农业弱国――农村机械化程度低，农村城市化进程有待深化，“三农”（农业、农村、农民）问题非常突出，农民的平均生活水平在全国处于最低阶层，所以在我国发展低碳经济必然离不开对低碳农业的建设和发展。本文就我国低碳农业目前的发展现状以及面临的机遇与挑战等问题进行了分析和讨论。
一、低碳经济的发展历史
2003年英国出版的能源白皮书――《我们能源的未来：创建低碳经济》是首次在政府文件中提出“低碳经济”这一概念的。2006年前世界银行首席经济学家尼古拉斯•斯特恩指出，如果全球每年能够投入GDP的1%，则可以避免将来每年GDP的5%-20%的损失，呼吁全球向低碳经济转型。2007年美国参议院提出了《低碳经济法案》，表明低碳经济的发展道路有望成为美国未来的重要战略选择。我国也在同一年首次明确提出了“发展低碳经济”的政策。2008年G8峰会上八国领导人表示将寻求与《联合国气候变化框架公约》的其他签约方一道共同达成到2050年把全球温室气体排放减少50%的长期目标。可以说，低碳经济一经提出，就受到了各国经济学家、环保人士乃至领导人的广泛关注，因为这不仅仅关系到一个国家、一个民族的生存与发展，而是关系到生活在这个地球上的所有生物。
二、低碳农业的特征与形式
农业在大量排放温室气体的同时也是巨大的碳汇系统，农作物通过光合作用固定大量的碳，而土壤也是一个巨大的碳库。但由于农业是一个非常复杂的循环系统，对土地的利用方式、化肥的使用、农业机械的使用、农业废弃物的处理、农产品的加工等都会影响碳吸收与排放之间的动态平衡，很难明确哪个环节是碳源还是碳汇，以及两者之间演变过程的影响因素。
发展低碳农业是指在现有农业模式的基础上，建立一种低能耗、低污染、低排放的创新型的有机农业和生态农业。通过调整现有农业种植结构，提高作物土地覆盖率，减少化肥农药的使用，进行安全、高效的农业生产；同时还要注重整体农业的能耗和排放，以彻底减少温室气体（二氧化碳为主）的排放。在农业生产和生活中，无论是节地、节水、节肥、节种，还是节电、节油、节柴（节煤）、节粮，只要是可以降低农业生产成本，保护农业生态环境，增强土壤的固碳能力，减少温室气体排放，都属于低碳农业最有效、最现实的形式。
三、我国发展低碳农业的机遇与挑战
发展低碳经济已成为世界经济发展的一个潮流。我国要抢占未来国际经济竞争制高点，就必须紧跟时代潮流，坚定不移地走发展低碳经济之路。我国农业人口比例大，农业和粮食问题是关系到国计民生的大问题。倡导低碳农业，发展循环经济，不是要回归“刀耕火种”、“原生态”，更不是技术复古，是一种依靠现代新技术、新设备、新工艺以及新产品支撑的新型农业发展模式。目前，我国农业循环经济发展中存在着观念缺乏、缺乏系统的促进农业循环经济发展的政策和法规、技术研发滞后、农民文化素质较低、财政支持力度不够等诸多问题。而低碳农业的提出，将在一定程度上缓解和解决这些问题。要实现农业的低碳化，就必须加大投入、制定相应的政策法规、加大农业科技人才培养力度、培育新型农民，提高农民整体文化素质，这些举措都将为我国低碳农业的发展带来前所未有的机遇。
多年以来，我国一直以“用占世界7%的土地养活了20%的世界人口”而倍感自豪。但在这种自豪的背后，我们也不难看出，我国农业发展还存在着诸多问题，机械化程度低、化肥施用量大、养殖业所产生的废弃物污染严重、经济循环链条不完整，很多资源遭到浪费和破坏，等等。倡导低碳农业，能否有效的解决这些问题，能否真正达到“三低一高”（低能耗、低污染、低排放、高效益），能否在保证现有产量的同时再上一个新台阶，都将是低碳农业所面临的巨大挑战。
四、未来展望
低碳经济一经提出就备受关注，但无可争议的是低碳经济的发展必将与传统的高碳经济发生碰撞与冲突。在不能完全摒弃高碳经济的现实情况下，如何有效的协调两者之间的关系，如何在不影响经济发展的大前提下快速发展低碳经济，都将是我们所面临的急需解决的问题。而低碳农业的发展，必将能促进生态高值农业和生物产业体系的建立，必将能推动农业向生态环保、高效多元化发展，促进农业产业链的不断延伸。
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关键词：温室效应；植物固碳；CO2综合利用；植树造林
中图分类号：TQ127.1文献标识码：A文章编号：16749944（2013）02018704
1引言
能源是人类生存和发展的重要物质基础。自19世纪以来，人类对煤炭、石油、天然气等化石能源的大量开采和利用支撑了近200年的文明进步和社会经济发展。但是，这几种不可再生化石能源的大量消耗，不仅使人类面临资源枯竭的压力，同时更带来了严重的环境问题[1]。化石能源所带来的环境影响主要有3个层次，即局部影响（如城市污染和土地污染）、地区影响（如酸雨）以及全球影响（如温室效应和臭氧层破坏）[2]。本文主要针对化石燃料使用引起的全球温室效应讨论有效的应对之策。
众多证据表明，地球的确在变暖，世界上的冰川在消融，海平面也在升高，而这一切的根源都来自于人类大量使用化石燃料所产生的以CO2为主体的温室气体[3]。统计显示，2010年全球CO2年排放为2.7817×1010t，其中中国的年排放量已经达到4.368×109t，占全球排放的15.77%，为世界的第2位，已成为发达国家碳排放贸易的主要对象[4]。CO2作为空气中含量最高的温室效应气体，长时间以来其大量排放引发了温室效应、气候异常、自然灾害等诸多问题。因此，CO2问题成为了世界性问题，引起了世界各国的关注，并纷纷开展了CO2综合利用及减排方面的研究，我国政府也做出了“到2023年，在2005年的水平上实现单位GDPCO2排放下降40%～45%”减排目标的承诺，并将其作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的长期规划[5]。
目前，CO2综合利用技术可归纳为储存利用、循环利用以及转化利用3种[6]。前2种技术能阻止和延缓CO2排放到大气环境中，但不能减少其在空气中的总量，转化利用技术可通过把CO2转化为其他物质从而减少空气中CO2的总量，然而该技术目前多以通过化工方法转化为各种化工产品，其过程往往需消耗能源并造成额外的环境负担。
植物固碳法，即通过植物吸收、利用CO2，其本质上属于CO2的转化利用技术。但是，由于植物固碳法与其它CO2转化利用方法存在很大不同，因此具有很大的特殊性。该方法在减少大气中CO2总量的同时，还能除尘、除菌、除有害气体、提高空气中氧气含量等。此外，植物固碳法在降噪、改良水质土壤、保持水土、调节气候等诸多方面也发挥着不容忽视的作用。本论文将植物固碳法与其它CO2综合利用方法进行综述和比较，主要阐述了植物固碳法在转化利用CO2方面的优势，并建议将该方法作为治理或减少地球温室效应的一种战略方法。
2二氧化碳综合利用
2.1CO2的储存利用
CO2储存利用采用的是CO2捕集和封存（CarbonCaptureandStorage，CCS）技术[7～10]，该技术是通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的CO2分离出来，再通过碳储存手段，将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。目前，世界上有很多的CCS项目正在运行中，其中较有代表性的有3个，即挪威国家石油公司在北海的Sleipne项目、阿尔及利亚的InSalah项目和加拿大Weyburn项目。这些项目有些将CO2注入海底或地下，有些注入油田，以提高油田的采收率。
CCS技术虽然能减少大气中CO2的含量，但并没有减少其总量，而且CCS技术还存在两大问题。其一是捕获时的高投入和高能耗，每捕获1tCO2的成本约70美元，一般能够捕获90%的CO2排放量。此外，还需要消耗很多能源完成去碳工作，也就是说，需要再多消耗约25%的煤炭才能将原先产生的CO2去除[11]；其二是封存于地下的CO2可能会出现泄漏，或者对海洋和陆地生态造成威胁，其带来的长期地质影响如渗漏、地表拱起、诱发地震或咸水层破坏等难以估量[12]。
2.2CO2的循环利用
CO2的循环利用是利用CO2的物理性质，主要应用包括：①可作为惰性气体用于电弧焊接、灭火材料及灭菌气体；②可用于原子能反应堆的冷却剂、食品的冷冻及人工降雨等；③可用作粉末灭火剂、碳酸饮料、鲜啤酒压出剂等；④用作超临界萃取剂和清洗剂；⑤用于提高石油采出率；⑥用于果蔬保鲜剂；⑦用作制作发泡材料的发泡剂等[13，14]。CO2的循环利用目前已经较为成熟，能够较好的利用CO2，但其无法降低大气中CO2的总量达到温室气体减排的效果是其最显著的弊端。
2.3CO2的转化利用
CO2的转化利用是利用CO2的化学性质，将其转化为其他物质进行资源再利用。CO2在转化利用方面主要是化学合成，比如合成尿素、合成无机碳酸盐以及合成有机物（如醇、二甲醚、高分子化合物、羧酸及其衍生物、有机碳酸脂等）[15]。虽然通过转化利用CO2可以大量的消耗CO2，同时还能获得化工产品，但由于CO2的化学性质较稳定，转化利用常常需要消耗其他能源，而且容易造成二次污染。
3植物利用CO2的优势分析
3.1植物固碳在减少全球温室气体方面的作用
植物固碳法是利用植物的光合作用，吸收大气中的CO2，将CO2转化成多糖类固体物质（如纤维素等）。相对于上述3种CO2综合利用的方式，植物的固碳量要大很多，据统计全球森林植被对碳的吸收和储存占全球每年大气和地表碳流动量的90%[16]。植物作为最大的贮碳库以及最经济的吸碳器，通过系统合理的种植各种植物要比其他CO2综合利用的方式在固碳方面显示出明显的优势。1hm2的阔叶林，每天能吸收1tCO2；全球仅森林中植物每年就能处理近千亿tCO2；森林面积虽然只占陆地总面积的1/3，但全球森林植被的碳储量占到了陆地碳库总量的57%[16]。同时植物的固碳优势不仅体现在固碳的量上，还体现在固碳时效上，比如将植物做成纸张、家具等其固定的碳能保持几十年甚至上百年。相对原始森林，人工造林若能系统合理的进行，不仅固碳量十分可观，而且能更有针对性地发挥不同植物的不同作用。系统合理的种植各种植物，能使大气中CO2的比例保持在0.035%左右，保证地球的凉爽。
3.2植物固碳法的其他重要作用
3.2.1释放氧气
绿色植物在光合作用固碳的同时还释放了大量的氧气，因此种植植物多的地方通常空气也较为清新。有数据表明，1hm2的阔叶林，每天能吸收1tCO2，制造750kgO2，可供1000人呼吸[16]。
3.2.2吸收有毒气体
植物叶片上的气孔在吸收CO2的同时，也把污染空气的SO2、HF、O3、氮氧化物、氯、苯、铅蒸汽等吸入体内，然后在体内积累、转移和同化掉。经测定，每公顷植被每年可以从大气中吸收硫化物400kg，氯化物100kg，氟化物10～25kg。在植物春夏生长期，绿化覆盖率达30%的地段，可使空气中苯并芘下降58%，SO2下降90%以上[17]。
3.2.3除尘
植物的树冠（包括树枝和树叶等）具有较大的表面积，在阻挡气流减低风速的同时使固体颗粒物减速沉降下来，能阻挡和吸附空气中的大量粉尘，在有一定降雨量的地方这个过程能多次进行，是一种有效的天然除尘方式[18]。现代城市绿化对树种的选择不仅要求能美化环境，还要考虑同时兼顾生态效益即防污滞尘的功效。具有优良除尘效果的优良树种当属榕树，其树冠广阔、树型姿态优美、生长迅速且四季常青，具有较高的观赏价值和良好的防污吸尘生态效果，在我国热带及亚热带地区常作为城市园林绿化的优选树种之一[19]。
3.2.4杀菌
树木具有杀菌作用。有些树木的叶、花、果、皮等可产生一种挥发性物质，称为杀菌素，如松树分泌的植物杀菌素就能杀死白喉、痢疾、结核病的病原微生物。据测量，闹市区空气里的细菌含量要比绿化地区多85%[20]，这充分说明植物具有强大的杀菌功效，在城市里植树造林不但能美化环境，而且可以减少空气细菌含量，起到一定的防病作用。
3.2.5净化水质
我国作为发展中国家，在经济发展的同时，各种产业排放的污水数量巨大。不但如此，由于我国人口众多，其生活污水的排放量也十分惊人。如果这些污水直接排放将会对环境造成巨大的污染，应对这一问题除了建污水处理厂加强污水处理外，种植植物尤其是水生植物也是非常经济有效的一种手段。水生植物在污染水质中表现出很强的耐污净化能力，它能通过自身的生命活动从水体中吸收并富集各种营养元素（如有机质和重金属等），同时还能通过光合作用向水体释放氧气；此外，水生植物发达的根系为微生物提供附着栖息的场所，其纵横交错形成密集的过滤层使不溶性胶体、重金属和悬浮颗粒等被底泥吸附沉降，从而达到水质净化的目的[21]。
3.2.6降低噪音
随着城市化进程的加速，车喇叭、工地噪音等各种噪音对人们身体健康的负面影响愈演愈烈，在闹市区种植树木与灌木能有效地将噪音与居住区隔离开来。据测定，绿化的街道比没有绿化的街道，噪音要低10～15dB，10m宽和40m宽的林带可分别降低噪音30%和60%[22]。
3.2.7保持水土调节气候
植物能起到保持水土和调节气候的作用，通过分析对比，林区比无林区年降水量多10%～30%，风暴、洪灾及干旱等自然灾害也相对减少。树木还能固定沙丘和防风，抑制沙漠面积的扩大，减轻风沙对人们生存环境的破坏。当风遇到树林时，在树林的迎风面和背风面均可降低风速，我国在三北建立防护林，很好的起到了防风固沙的作用[23]。
3.3充分发挥植物固碳功效，实现环境、社会、生态多
方面收益的几点建议通过上述对比发现，植物固碳法相对于其他CO2综合利用方法不但固碳能力显著，可有效减缓地球的温室效应，而且在改善空气质量、净化污水、减轻噪声及改善生态环境方面有着重要的不可替代的作用，其社会效益和生态效益亦显著。
（1）充分发挥植物固碳功效，将植物固碳法作为降低大气CO2含量、减缓地球温室效应的战略方法，摒弃捕集与封存（CCS）思路、减少CO2循环利用及人工转化利用[24]。因为这些方法没有降低或者只是短暂降低大气中CO2含量、需要消耗大量的能源，而且有的还会产生不可估量的地质灾害（CCS技术）。因此，应予以摒弃或加以限制。
（2）充分了解植物固碳本领，最大限度发挥植物固碳功效。植物种类不同，其固碳能力不同，例如相对其他植物来说竹子的吸碳本领要高得多，同时竹子成长周期短，并且具有较高的经济效益，可以作为经济作物有规模的进行种植[25]。
（3）充分研究植物的生态习性，合理种植各类植物，发挥其社会和生态效益。例如针对目前土地被重金属污染，导致土壤中重金属超标的问题，可以在这样的土地上种植具有强大重金属吸收能力的植物，如十字花科的植物[26]，以治理土壤的污染，恢复土地原有生态功效。
（4）注重和加强森林尤其是原始森林的保护和恢复。植树造林具有很大的环境、社会及生态效益，但其绝对无法替代原始森林的功效。人工种植的树林对自然环境的影响完全不能等同于原始森林，这是因为森林是一个完整的生态系统，尤其是原始森林，它通过亿万年的自然演化而形成充满生机的生物大体系，具有完整的食物链和生物的多样性[27]。因此，我们建议在人工植树造林的同时要加强对原始森林的保护和尽可能的恢复。尤其是对于我们国家而言，随着城市化进程的加快，这方面一定要更加注意。
（5）改变能源消费的结构，加大风能、太阳能、生物质等可再生能源的利用，逐步替代化石燃料。这样不但可减轻植物固碳法降低大气中CO2含量的压力，更重要的这才是解决地球温室效应问题的最根本途径。
4结语
植物固碳法与CO2储存利用、循环利用及转化利用等技术相比具有固碳量大、社会效益及环境生态效益显著等特点。因此，笔者建议将植物固碳法作为一种降低大气CO2含量，解决地球温室效应的战略方法。衷心希望政府部门及社会各界能够重视植物固碳法的功效，加大植树造林力度和原始森林的保护，逐步改变能源消费结构，尽快解决地球的温室效应问题，使我们的地球环境和气候恢复到工业革命前的水平。参考文献：
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循环经济是指遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律,重构经济系统,使其和谐地纳入自然生态系统的物质能量循环利用过程,以产品清洁生产、资源循环利用和废物高效回收为特征的生态经济发展形态,它要求按照自然生态系统的循环模式,将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用一绿色工业一资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程,保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃,从而将经济活动对自然环境的影响破坏减少到最低程度。因此,循环经济是在实现人类社会可持续发展进程中解决资源环境制约问题的最佳途径,是实施可持续发展战略的必然选择和重要保证。在现实操作中,循环经济需遵循减量化原则、再利用原则和资源化原则。减量化原则,以资源投入最小化为目标,要求用较少的原料和能源投入来达到既定的生产目的或消费目的,在经济活动的源头就注意节约资源和减少污染。在生产中,针对产业链的输入端――资源,通过产品清洁生产而非末端技术治理,最大限度地减少对不可再生资源的耗竭性开采和利用,以替代性的可再生资源为经济活动的投放主体,以期尽可能减少进入生产、消费过程的物质流和能源流,对废弃物的产生、排放实行总量控制。减量化原则常常表现为要求产品体积小型化和产品质量轻型化。此外,也要求产品的包装简化以及产品功能的增大化,以达到减少废弃物排放量的目的。再利用原则,要求产品在完成其使用功能后尽可能重新变成可以重复利用的资源而不是有害的垃圾。它要求从原料制成成品,经过市场直到最后消费变成废物,又被引入新的“生产一消费一生产”的循环系统。资源化原则以废物利用最大化为目标。要求产品和包装器具能够以初始的形式被多次和反复使用,而不是一次性消费。使用完毕就丢弃。同时要求系列产品和相关产品零部件及包装物兼容配套,产品更新换代零部件及包装物不淘汰,可为新一代产品和相关产品再次使用。上述原则构成了循环经济的基本思路,但它们的重要性并不是并列的,只有减量化原则才具有循环经济第一法则的意义。
低碳经济是一种以能源的清洁开发与高效利用为基础,以低能耗、低排放为基本经济特征,顺应可持续发展理念和控制温室气体排放要求的社会经济发展模式。低碳经济作为新的经济发展形态本质上就是可持续发展经济。低碳经济的核心是低碳产业、低碳能源、低碳技术和低碳消费,是通过实体经济的技术创新、组织创新、发展模式转型来减少对化石燃料的依赖,以降低温室气体排放量、适应和减缓地球气候变暖。其特点是通过不断增加对气候变化科技研发的投入,提高能源利用效率,开发清洁能源技术,优化产业结构,发展循环经济,重构经济社会可持续发展的微观基础。它是继农业革命、工业革命、信息革命之后,世界经济形态新出现的革命浪潮,即低碳革命。低碳经济已成为由工业文明向生态文明过渡的主要特征,成为未来社会经济发展和人民生活质量改善的主流模式。
从上述分析看。两者从概念、发展模式、发展侧重点等方面存在不同之处,主要体现在以下几个方面:
(一)提出的背景不同
低碳经济的概念是英国率先提出的。2003年英国发表题为《我们未来的能源――创建低碳经济》的白皮书,把低碳经济作为国家长期坚持的基本原则,并出台一系列鼓励的配套经济政策。其主要是为减少温室气体排放、共同保护全球气候的背景下提出的。循环经济是由美国经济学家肯尼思?鲍尔丁在上世纪60年代提出的。当时,许多国家和地区经济实现高速发展,但资源环境问题成为全球关注的问题。为了有效应对,西方工业国家开始探索废弃物减量化、源头削减和废弃物再利用的发展模式,改变了传统的末端治理方式,致力形成“资源一产品一消费一再生资源”的物质能量多次循环的模式。
(二)针对的重点不同
低碳经济主要针对的是能源领域和应对全球气候变暖,重点是从建立低碳经济结构、减少碳能源消费人手,进而建立起全社会减少温室气体排放,应对全球气候变暖的应对机制和发展模式。循环经济既是一种发展模式,也是一种生产方式,是在满足成本效益原则的前提下,利用生态学原理,对经济活动中的有限资源不断地进行循环利用,高效率或无浪费地使用资源的一种生产方式。
在产业导向方面,低碳经济侧重强调建立少消耗化石能源特别是煤炭、石油的产业体系,而循环经济强调无论什么样的产业结构均对废弃物循环使用,。
在技术运用方面,低碳经济通过新能源技术、替代化石能源等措施可以实现,循环经济不仅需要循环技术,在现阶段由于成本效益的原因,要对采用这种技术后的成本效益进行比较。
在地区布局上,循环经济强调工业共生和代谢生态链关系,要求上下游企业实现地域上的相对集中,形成循环利用链。把废弃物的排放单位和利用单位在空间上有效集中,可以产生较大的聚集效益。低碳经济并不一定强调这种地域上的集聚,它强调的是产业结构问题,要求产业发展的能源消耗是低碳能源,较多考虑能源供给与利用的优化。寻找替代能源,使用清洁能源成为发展低碳经济的重要措施。
(三)实施的方式不同
低碳经济和循环经济均强调要建立全社会的发展模式,如果在全社会倡导少消费化石能源,就是建立低碳社会的概念:如果在全社会各个环节推广循环经济生产方式、消费方式,就是建立循环社会的概念。
(四)实施的进展不同
循环经济提出后,得到世界各国的响应,1996年德国颁布了《循环经济与废物管理法》;2001年4月,日本开始实行八项循环法律,其中《推进建立循环型社会基本法》是世界上第一部循环经济法;美国、法国、英国、新加坡、韩国等发达国家也提出了推进循环经济发展计划与单项法律。我国循环经济发展方兴未艾。国家发展改革委组织了全国的循环经济试点工作,各地也在建立不同层次的循环经济试点,循环经济正从试点向制度层面上逐步推进。
低碳经济由英国率先提出后也得到国际社会的呼应。2007年12月。联合国气候变化大会正式制定了应对气候变化的“巴厘岛路线图”,要求发达国家在2023年前将温室气体减排25%-40%,该“路线图”对全球迈向低碳经济具有里程碑的意义。近年来。随着我国深入贯彻落实科学发展观的成功实践以及应对全球气候变化问题的持续升温,低碳经济在我国逐步兴起。
低碳经济和循环经济均成为国际合作机制的内容。欧盟将低碳经济作为国际合作的核心要素,鼓励发展应对气候变化的国际合作。目前,国际上碳交易和碳排放权市场已呈现蓬勃发展之态势。循环经济的国际合作也在持续推进,特别是以循环技术的联
合开发和示范推广为重点,国际性和区域性的合作研发、技术援助已形成相当规模。
二、低碳经济是循环经济的重要组成部分和深化
循环经济的基本理念可以概括为“四个更”:循环经济是追求更大经济效益,更少资源消耗,更低环境污染和更多劳动就业的先进经济模式。这“四个更”是循环经济原理的精神实质,是推行循环经济的出发点和落脚点,符合科学发展观的本质要求。
低碳经济要解决高能耗、高污染、高排放的问题,循环经济要解决资源有限和需求无限的矛盾、经济发展和环境保护的矛盾,两者的目标是一致的,都可以实现“四个更”的愿景。发展循环经济是在更大、更广范围内解决能源资源的浪费、环境污染与生态破坏等问题:而低碳经济是集中缓解C02排放大幅度增长对地球和人类社会造成的灾难和严重影响。
展低碳经济可以探索出低能耗、低排放、低污染的模式和路子,达到节能减排的要求,这对发展循环经济,推进完善能源资源节约和环境污染治理的模式和路子有重要的启示和促进作用。
从高碳经济转向低碳经济,既是发展低碳经济的关键所在,又是循环经济要解决的突出难题,还能促进循环经济向纵深加快发展:发展低碳经济有利于循环经济产业链的完善和延伸。循环经济的“4R”原则(减量化、再循环、再利用、再思考)完全可以成为发展低碳经济的重要工具。所以,低碳经济是循环经济的重要组成部分和深化。
从以上分析可以看出。无论是循环经济还是低碳经济,基本实质内涵是相同的,其针对问题均是相对于传统的“高投入、高消耗、高污染、低效益”的落后经济发展模式:其典型特征是共同的,即“节能与减排”:其发展目标是共同的,即实现“人与自然的和谐共生共存”:其衡量标准是共同的,即“低投入、低能耗、低排放、高效益”。因此。两者从本质上是没有多少区别的。均是世界面临共同挑战、为了共同目。标而寻求新的经济模式的不同称谓而已。鉴于从发展的历史看,循环经济这一称谓已有几十年的历史。在各_国已有广泛认同和发展经验;从制度层面看,我国已颁布《循环经济促进法》及大量政策规章;从覆盖范围看,“循环经济”相对较广,特别是“低碳”经济重点关注碳减排,过于狭窄:因此,有些专家建议为便于政策的延续性与稳定性,避免陷于语义混杂、热衷时髦、难以理解、政出多门等不必要的词语困境,相关政府部门统一使用“循环经济”提法,以使政策更加集中,地方执行部门和公众也易于接受。当然,从城市的区域化管理角度讲。低碳城市目前已成为一些发达国家的发展重点,很多国际大都市把发展低碳城市作为目标。低碳城市既是循环经济的重要空间载体,发展循环经济最终也是要实现城市的清洁发展、高效发展、低碳发展和可持续发展。因此,可延续发展循环经济为重要手段的提法,以建设低碳城市为城市管理者的追求目标来倡导。
三、对低碳经济与循环经济不可厚此薄彼